���� ������ 

Super High Momentum Spectrometer (SHMS) �� ����������� ���������� ������������ �������� CEBAF (Continuous Electron Beam Accelerator Facility), Jefferson Lab, ���������, ���

��������

    ��������� ��������� ������������ ���������� CEBAF, ���������� �� ����� ���������� ���������� ������������ ��������, ���� ���������� ����� ��� ����������� ����� � ����������: ������������ ������� ������������ ����� 4 ���, ������������ ������� ��� ����� 100 ���. ����� � ������ ����������� ���������� ������������� ��� ����������������� ������������ ��������� �������� ��������������. ������, � ��� ��� ��� �����������������, ��� � ������������� ��������� ������� ������� �������������� ����������� ������������ ������, ���������� ���������� ����� ������������� ��� ����� ������� �������� �� ����������� ����������� ���� CEBAF. �������������� ������ ����������, ���������� �� ������ �������� ���������� ��������������� ���������� ��� ��������, ��� �������� � ������ ������������� ������������ ���������� ������� ������������ ����� � ��������� ������� ������������� � ������� ������������� ��������������. �������� ������������ ������ ���������� � ��������� ����� ��������� ������� ������� ������������ ����� CEBAF �� 12 ��� � ���������� ����������� ��������� (~15% �� ��������� ��������������� ����������). ���������� ������� ����� �� 12 ��� �������, ��������������, ������������ ������������������ � ������������� ���������� �� ���� ����������������� ����� CEBAF (Hall A, Hall B, Hall C, Hall D) ��� ����������� ����������� ��������� ������� � ��������� (����������) �� ~11 ���/c. � ��������� �������� ����������� ������������ ������������� � ����������������� ���� Hall C, ��������� � ��������� ���������� ������������ Super High Momentum Spectrometer (SHMS).
    ������������� ����������� SHMS ������ ������������ �������������� ���������� ������ � ��������� �� 2.5 ���/� �� ������������� �������� 11 ���/�, ��������������� � ������������ ������� ������������ �����. ������ � ������������ ������������� High Momentum Spectrometer (HMS), ����������������� ��� Hall C ����� �������� ����������� ������������������� ������������� ��� ������������ ������������ ������� � ������������ ���������� ��������, Q2 ~ 15 (���/�)2, � ������������ ������� �����������. ����� ������������ �� ���� ������������ ����� �������� � ������ ������ ������� ������������ ������� � ����������� �������, ��� ���������������� ������ ������ ������� ����� ���������� �������.
��� ����� ������� �������� ����� ��������� ������� ��������������� � �������� ���������. � ����� � ���� SHMS ������������� ��� �������������� ������ ��� ������ �� 5.50 �� 250 ������������ ��� �����. �������� ���� SHMS ������������ ������ ����� ���������� ~ 4 ����� � ������� ����������� ~ 2 ����, ������������ ������ (�������) �������������� ������ ~ 11 ���/� � ����������� < 0.2%. ������������ ����������� HMS ����� ������� ����������� � SHMS, ����������� �������� ���� ������������ ������ ~ 10 �����, ������� �������� �� 10.50 �� 900 � ������������ ������ (�������) �������������� ������ ~ 7.3 ���/�.
��� ��������� ������������ (HMS � SHMS) ����� ������ ���������� �� ����� ���, ��� �������� ���������� �������, ��������� � ��������������� ������� ����������� �������������, ��� ����� �������� �������� ���������, ������� ���������� � ������������� ������. ���������� (������������ ���������������������) ������������ SHMS ����� ���������� �������� ~ 1039 ��������-����/�/��2.
������� ��������� �� ������� ������ � ������������ � ������� ����������� ������� ��������� ��������� �� ����� ����������������� ������������ ����� ����� ������� �������, ��� �������� ������� ������ ����� �������� �������� � ��������� �� �������� �� ������� ���������� ���������. �������� ��������� ������ ������������ ����� � �������� ��������� � ���������� ������� �� �������� � �����-�������� �������� �������. � ���������� ������������� ����� ����� ���������� ����������� �������� �������� ��������� ������������� ��� Q2 ≤ 10 (���/�)2, ��������� ��� �� �����, ��� � �� �������, ��� ��������� ������ ����� ����������������� ������ � ��������� � ������ ���.
����� ������ �������������� �������������, �� ����� ������������ � Hall C ����������� ���������� ��������� �������������:

  • ��������� ���� �������� ���������� ������ �� �������� ���������� ���������
    Q2 ~ 6 (���/�)2;
  • �������� ������������ ��������������� ������ � ������ �� Q2 ~ 10 (���/�)2, ������� ������������ ���������� � ���������� ���������� ������ � ��������� � ����������� �� �����;
  • ��������� ������� � ���������� ���� �������� �������� �� �������� Q2 ~ 18 (���/�)2;
  • �������� ������� ���������� ��������� � ���������� �������� � ����� ������ ���������� ����������� ������.

���������� Super High Momentum Spectrometer (SHMS) � ������������� ����������

1. ��������� ������� ������������ SHMS


���. 1. �������������� ������ (����� 2002 �.) ������������ SHMS �� ����� QQ(QD) ������ � ������������ ������������� HMS �� ����� QQQD

    ����������� SHMS ������������ ����� ��������������� ����������� ��� ����������� ��������� ������� ������� � ���������� �� 11 ���/�. �������� ��������������� ������� (����� 2002 �.), ����������� �� ���. 1 �� ����� ��� � ������������ ������������� HMS, ��������� ������������ ������� ������������ SHMS ������� �� ���� ����������� ��������������� ����������� Q1 � Q2 � ���������������� ������������-���������� ������� QD. ������������� ������� Q1, Q2 � ������������� ����� Q ���������������� ������� QD �������� ������������ ������������� ������� �� ����� FDF (Focusing-Defocusing-Focusing) � �������� ����������� ~18 �. ���������� ������� Q1 � Q2 ���������� 2.4 �, �������� 40 ��, �������� ���� 8.6 �/�. ���������� ������� ���������������� ������������-���������� ������� QD ���������� 5 �, �������� 30 ��, ������������� �������� 3 �/�, ��������� ���� 4 �. �� ���� ����������� ���������� ���� ������� D � �������� ������ ����� �� �������� �������������� ���������������� ���������� ������, ���������� �� ������, �� �������.
�������������� ������ ����� ���������� ��������� ������������� SHMS � HMS �������� ������� �������� ������������� � ����� ��� ��������, ������������ ������� ��������� ����������� �������������, ������� ������, ������� ���������� ������, �������� ������ ����������, ����������� �������� ����� �������� ������� ��������� ���������. ������, � ���������� ������������ ������� ��� ������� ��� ����������� ������������ ����� ��������� �������������. � ���, ������ �����, ���������:

1) ������������ �������� ���� ����������� ��������� ������� (2 � 4 �����);
2) ������� ����, ����������� � ��������������� ������������-��������� ������� QD;
3) ������� ����������� ���������� �������� ����� �������������� ��� ������ ����� ����������� �������.

    ����� ������ ������������ SHMS, ������������ � 2006 �., �� ����� ������������� ���� �����������, � � ��������� ������ �������� ����������������. ����������� SHMS/HMS, ������������ ���������� �� ���. 2., ���������� �� ������������ ����� ���������� ������������ QQQD � ������������ ������������� ������� ���� ������������� ��������� ������. ��� ���������� ��������� ���� SHMS �� 3.8 � 5.2 ����� �������� �������������� ��������������� ��������������, � ��� ��������� ���������������� ����� ������ ��������� ������� ����� SHMS � HMS.
    ����� ��� �������� ������������ ��������� ����� SHMS � HMS ������������ ������� �� ���. 3.


���. 2. ����� ��� ������������� SHMS/HMS (2006 �.)

���. 3. �������� ������������ ��������� ����� SHMS � HMS

    �������� ��������� ��������� ������� ������������ SHMS �� ��������� �� ��� 2006 �. ��������� � ����.1.

 

������� 1. �������� ��������� ��������� ������� ������������ SHMS

������������ ������� ������ 12 ���/�
�������� ���� ������� Q1 7.964 �/�
�������� ���� ������� Q2 12.152 �/�
�������� ���� ������� Q3 7.992 �/�
���� ���������� ������� D 4.275 � (18.40)
�������� ���������� ��������� ������� 18.1 �
���. ������� �� ��������� dp/p  � 10%
������������ �������� ���� 5.22 ����

2. ������������� ������� ������������ SHMS


���. 4. ����� ��� ������������� ������� ������������ SHMS

���. 5. �������� ������������� ������� ������������ SHMS

    ����� ��� ������������� ������� ������������ SHMS ������� �� ���. 4. ������������� ������� �������� � ���� ��������� �������� (��. ���. 5):

  • AGC � ������������ ������� �� ������ ������ � ����� � �������� ���������.
  • DC1, DC2 � ��������� ������.
  • S1X/S1Y, S2X/S2Y � ��������� ���������.
  • HGC � ������������ ������� � ������� ����� (C4F10) � �������� ���������.
  • A1 � ������������ ������� � ��������� � �������� ���������.
  • TRD � �������� ����������� ���������.
  • LGC � ������������ ������� ������� ���������� (����������) �� ��������� ������.

    ������������ �������, ������ ��� ����������� ���������� ������ � γ-�������, � ������� ������������ ��������� ���������-��������. ���� ���������� ������� �������� � ����� �� ��������� v, ����������� ������� �������� ����� ��� ������ ����� (c/n, n � ���������� ����������� �����, � � �������� ����� � �������), �� ������� ��������� ������������ ���������. ��������� ���������� � ����������� �����������, ������ ���� θ ����� ������������ ��������� � ����������� ������� ������ � v � n ������������:

cos θ = c/v�n = 1/β�n (β = v/c). (1)

� ������� �� ����������������� ��������, ��� �������������� ������� � ����� ���������, � ��������� ��������� � ����������� �� �������, � ������������ �������� ���� ���������� ������ ���������, �������� ������� v ≥ c/n (β ≥ 1/n), ������ ��������� ���������� ������������ � �� ������������ � ��� ����� θ � ���������� �������. � ������ �������� ������� (������������) ������ ���� θ � ������������� ���������. ��� ���������� ���������, ������� � �������� ����� [(1 - β) << 1], ���� θ ��������� ����������� ��������:

θ ���� = arccos (1/n). (2)

���������� �����, ���������� � ������������ ��������, ��� �������, ���������� ��������� % �� ��������� ������� ����������������� ��������.
�������� �������� ������������� ��������: �������� (��������, � ������� v > �/n), ���������� �������, ������������ ����, � ���� ��� ��������� ��������������� ����������� (���), ������������� �������� ������ � �������������. ��������� ������������� �� ������, ������ � ������������ �������. ��� ������ ���� ��������� � ������������� ��������� � ����� ������ ������� ������������, ��������� ������� �������. ����������� ��������� ����������: ������������ ������ (n = 1.5), ��������� ������ (n = 1.5), ���� (n = 1.33).
    ������������ �������� �������� ������� ���������� � ������������� �� ����������� ���������� ������, �.�. ��� ��������� �������� �������, �������� ������� ��������� � ����������� ���������. � ������ ������� ����������� �, �������������, � ������ ������� ������ �������� ������� ���������� �������� ������� �. �., ���������� ������������ �������� ������� �������������������� �������, ��� ������� (1 -  β) << 1. ���� ��������� θ � ���� ����� ���, ���� � ������������� ��������� �� ������� ����. ����� �������� ������� �����, ����������� ��� �����������, ���������� ����������� ����� ������� ������������ ��������� �� ���������� ������ � �����. � ������� ������������ ��������� ����� ������ ������ ���������� �����������, ������� �������� �������� ����.
    ���������� 3 ���� ������������ ���������: ���������, ���������������� � �������� ������� ����������. ��������� ���������������� ������ 2 ����� ������������ ��������� �������� ������������� ����������� � ����������� ����������� �� �������� ������, �. �. ����������� �������� ��������� ��� �������, ����������� � �������� ����������.
    ��������� ������������ ������� ������ �������������� ��� ������� �� ����������, �������� ��������� (���������), ������� ���������� ������� ������ ������������� �������� (���������� ���� � ������) ������ �������, �� �����������, ���� ���������� ���� �� ����� ���.
���������������� ������������ �������� ������������ �������, ���������� � ��������� ��������� ��������� �� v1 �� v2. � ������������ ���������������� ������������ ��������� ��� ����������� ���������� ���������� �������� �����, ����������� � ��������� ��������������� ����� �� θ1 �� θ2.
    ������������ �������� ������� ���������� ������������� ��� ����������� � ������������� ���������� � γ-�������. � ������� �� ������������� ������������ ���������, ��� ������� ������ � ��������� �������� ����� ���� �������, ������������ ������� ������� ���������� �������� ���� ���������� ������� �������, � ������� ������� �������� ����������-�������� ������ � ������ ��� ��� ������� ����� ����� �������. ��� �������, ��������� � ���� ������ ������������� �� ������ � ������� ����������� ������. � ��������� �� ������ ������, �������� �������� 40 ��, ����� ����������� ��������� ����������� �������� � �������� �� 10 ���. ���������� �����, ����������� � ������������ �������� ������� ����������, ��������������� ������� ��������� �������. ����������� ����������� ΔE/E (�� �������) ������� �� ������� � ��� ������������� �������� ������� ���������� ������������ SHMS ���������� ��������:

ΔE/E(%) = 6.1/E1/2(���) + 0.3 (3)


���. 6. ����������� �������� ������� 1 - β �� �������. ��������������� ������� �������� ������ ����������� ��� ������������ ��������� � ���������� ���������� � �������� ����������

    � ������������ SHMS ������������ ��������� ��������� ���������� ��� ������������ ���������:

  • ����� ����� (Ne: n � 1 = 67�10-6) � ������ (Ar: n � 1 = 283�10-6) ��� ����������� �������� � ��������� �������;
  • ������� ��� (C4F10: n = 1.00143 ��� ���������� ����������� ��������, �������� ��������� �������� ���� 0.4 ÷ 0.95 ���) � ��������� �������;
  • �������� (n = 1.015, n = 1.02) � ��������� �������;
  • ��������� ������ (n = 1.65) � ������� ������� ����������/����������.

�� ���. 6 �������� ����������� �������� ������� 1 - β �� �������. ��������������� ������� �������� ������ ����������� ��� ������������ ��������� � ���������� ���������� � �������� ����������.

    ��������� ������ �������� ������������ ����������. ��� ����������� ��������������� ������������� ��������, � ������� ���������� ������� ������������ �� ������� ������ ���������� � ���� �� ����� ��������� (������ �������) �� ���������� ������� ����������. ���������� ����� ������������ ������ ��������� �����������. � ��������� ������ �������� ���������� ������������� ����. ��� ���������� �� ��������� �������� ������� ���������� (���� ����� ���������������� ���������), ����������� ����� ������� ����� ������. ����� ����������� � ������ ������ ��������� ��������� �������� � ���������� � ���������� ���� � ��������� �����������. ������������ ���� � ��������� ���������� 1 ��/��. � ���������������� �������� �� ������� ���������� ���������� ����������� ����� (������� �������� ��������� 106) � �� ������� �������� ������� ����� �� ������� ���������� ������������ ���������� ������� ������������ ���������� �������. ���������������� ���������� ��������� ����� SHMS ������� 180 ���, �������o� � ����� 1 ���.
    ��������� ������ ����� ���� ��������, ��������������� � ������������, ������� ��������� ������ ������� �������� ������������ � ������������� �� ����������� ������� �������, � ���������, � ��������� SHMS.
    S1X-S1Y, S2X-S2Y � ��������� ���������. �������� ��������� � ������� ���������� �� ����� ���������� � �������������� ���������� ������, ������������ � ������� ������� ���������� ����������� �������� ������, �� ���������� � �������� ����, � ������� ��� ��������������, � �������������� ���������� ����������� ������������� ������ �� ������ �������������� ��������. ��������� ��������� ���������� ��� ���������������-��������� �������� ������������ ������, ��� ��������� ��������� ����� ���������, ������� � �������������� ������ ������� �������. � ���������������� � ������������ ���������� ������� ��������� ������������� ����� ���������� ��������� ��2. ���������� ���������� � ����� �� ������������������ ����������� ��������� ����������� ������� ������������ � �������������� ������ ������� � ����������� ������� �������� ������ ��� ������� ��������� ����� � ������ ����� ���������� ������. ��������� ��������� ��������� ��������� SHMD ��������� � ����. 2

������� 2. ��������� ��������� ��������� ��������� SHMS

������� �������� ����� ������ ����� ����������
�����
S1X ������ (5 ��) ������������� 11.3 �� 110 �� 8
S1Y ������ (5 ��) ������������� 14 �� 90 �� 8
S2X ����� �������� 2.5 ��
(������������ �������)
14 �� 140 �� 8
S2Y ����� �������� 2.5 ��
(������������ �������)
18 �� 110 �� 8

� ����� ��� �� ������ ����� ������������� ��� ������������� ��������, ������ ����� ������������� ������� ��������� SHMS ����� 64.
    �������� ����������� ���������. ����� ������������� ��������� ����������� ��������� �������� ���������� ���������� � ������. ��� ��������, ��������� ������ �������������� ���������� ������� �������� � ������������� ��������� ��� ����������� ������� �����������. ��������� ����������� ��������� ������ ������� �� ���������� ��������� ������ ���������� �������, ������ �� ������� �������� �������� � ������������� �������� (����������� ���������������� ������). ������ �������� �������� �� ���������� ����� ����������� � ������ ��������� Z ��� ���������� ������ ����������� ���������. ��������� ����������� ���������, ��� �������, ����� ����� ������������ γ = 1000, ������� ������ ��������� ����� ������������ ���������� ��������� � ��������� �������� SHMS. � ����� ������, ������������� ������� ����������� ���������� ������ �������, ����������� � ���������. �������� ����������� ��������� SHMS ����� ���������� (��. ���. 5) ����� ������������ ��������� �� ������� ���� � ������ ���������� � ����� ����� ����� 60 ��. � �������� ��������� ��������� ����� ������������ �������� ������ �������� 17 ��� � �� ������� ����������� ����� ���������� 200 ���. ����� ������������ ������������� �������� 230 ��������� �������� ������ �� ���� ��������. � �������� ������������� ���������� ����� ������������ ��������� ���������������� ������, ����������� ��������. ��������� ������ ���������� �����, ����� ���������� ������������ ���� � ��� ������������� ����������. ��� ������� ����� ����������� ������� ����� ������������ � ��������� ����������� ��������� ����� ������ ������� 60 ��.

3. ��������� ������������� ������

    �� ������������ SHMS ����� ����������� ����� ��� ������� ��� ������������� ������ �� ���� ��������� ��������.
    ������������� ���������� ����� �����������, ��������� ��������� �������, ����������� � ���������������� �����������, � ����� �� ���������� ��������� ����������� ���������. ��������� ��������� ����� ����� �������� � ������������ ���������, ��� �������� ����� ����� � ����������� ����������.
    ��� ������������� ������� �������������� ������������ ��������� ���������:
    �� ~1 �� ~3 ���/�: ���������� ������ � ������ ����� ���� ���������� ���������� ������� ������ ������������� �������� � ��������� � �������� ��������� (��. ���. 6). �������������� �������� �� ����� 2.2 � � ����������� 200 �� �������� ��������� ������� � ����� �� �������� 2 ���/�. �� ������� ������� ����� ��������� ������������� �������� ����� ���� �������� � �������������� ��������������� ������������ �������� � n = 1.02.
    �� ~3 �� ~5.5 ���/�: ����� ����� ��������� (������� ���������) ������������ ������� � ������� ����� C4F10 � �������� ���������. �������� ���� C4F10 ����� ��������� ����� �������, ��� ����� �������� �� �����. ��� ���� ����� ����� ������� ��������� ��� ������������ ������������� �������� � n = 1.015.
    �� ~5.5 �� ~11���/�: ����� ����� ������� ��������� ��� ������������� �������� � ������� ����� C4F10 � �������� ���������. ������������ ������� �� ����� Ar-Ne ����� ������ ������� ����� ��� �������������� ����������� �����.
    ����� �������, ���������� ����� ���������� � ������� �������������� �������� ��������� ������������� ������ �� ������������ SHMS �� ���� ��������� ��������.

4. �������������� ��������� ��������� ������������ SHMS � ������������� ����������

  1. 1. �������������� ����������� ������.
    - ����������� ���� 30,
    - ����� ������� 1.46 � (�� ������),
    - ����� ������� 1.76 �.
  2. ������������� ������ Q1.
    - �������� (������) 20 ��,
    - ����. �������� ���� 8.9 �/�,
    - ���������� ����� 2.79 �,
    - ���������� ����� 2.14 � (����� �� ���������� 4.14 � �� ������).
  3. ������������� ������ Q2.
    - �������� (������) 30 ��,
    - ����. �������� ���� 12.7 �/�,
    - ���������� ����� 5.88 �,
    - ���������� ����� 1.84 � (����� �� ���������� 6.8 � �� ������).
    3. ������������� ������ Q3.
    - �������� (������) 30 ��,
    - ����. �������� ���� 12.7 �/�,
    - ���������� ����� 8.34 �,
    - ���������� ����� 1.84 � (����� �� ���������� 9.45 � �� ������).
  4. ��������� ������ D.
    - �������� (������) 30 ��,
    - ����. ���� 4.5 �,
    - ���������� ����� 11.45 �,
    - ���������� ����� 3.0 � (����� �� ���������� 12.95 � �� ������).
  5. ��������� ���������.
    - �� ���������� 18.1 � �� ������.
  6. ������������ ������� �� Ar-Ne.
    - �� 15 � �� 17.5 �.
  7. ������ ������ ������.
    - ����� �� ���������� 17.7 � �� ������.
  8. ������ ������ ������.
    - ����� �� ���������� 18.5 � �� ������.
  9. ������ ��������.
    - ����� �� ���������� 18.65 � �� ������.
  10. ���� ���������� (������������ ������� �� ������� ���� C4F10, �����������
    ������������ �������, �������� ��������� ���������).
    - �� 18.8 � �� 20.6 �.
  11. ������������ ���������� �� ��������� ������.
    - �� 20.9 � �� 21.7 �.
  12. �������� ������.
    - ������� 1 �,
    - ���������� �� ������ 22.7 �.

����������

  1. Conceptual Design Report, Hall-C 12 GeV/c Upgrade, Hall-C Collaboration, November 27, 2002, 115 p.
  2. Kees de Jager, Research Perspectives at Jefferson Lab: 12 GeV and beyond, Eur. Phys. A (2004) 19, s01, pp. 243-247.
  3. JLab Meeting Presentations, May 12, 2006.
  4. http://www.jlab.org/Hall-C/upgrade/
  5. http://www.cultinfo.ru/fulltext/1/001/008/121/863.htm

�� �������� ��������